어떤 바이러스 벡터를 사용해야 할까?

바이오 의학 연구에 일반적으로 사용되는 바이러스 벡터로는 lentivirus, Moloney murine leukemia virus (MMLV), adenovirus 및adeno-associated virus (AAV)등이 있으며, 각각 장단점이 있다. 실험에 사용할 바이러스 벡터 유형에 대한 결정에는 많은 요인들이 영향을 미친다.  주요 고려사항은 다음과 같다. 바이러스가 타겟 세포에 대한 tropism을 가지고 있는가 (다시 말해, 타겟 세포를 효율적으로 감염시킬 수 있는가)? 세포가 분열되는가, 분열되지 않는가? Transient transduction을 원하는가, 아니면 호스트 게놈에 stable integration을 원하는가? 어떤 transduction efficiency가 필요한가? 목적 유전자를 작동하기 위해 맞춤형 promoter를 사용해야 하는가? 벡터를 세포 배양에 사용할 것인가, 아니면 in vivo에서 사용할 것인가? 바이러스에 대한 면역반응이 당신의 실험에 영향을 미치는가? 아래 표에는 일반적으로 사용되는 바이러스를 선택할 때 고려사항이 나열되어 있다.

Lentivirus MMLV Adenovirus AAV
Tropism Broad Broad Ineffective for some cells Depending on viral serotype
Can infect non-dividing cells? Yes No Yes Yes
Stable integration or transient Stable integration Stable integration Transient, episomal Transient, episomal
Maximum titer High Moderate Very High High
Promoter customization Yes No Yes Yes
Primary use Cell culture and in vivo Cell culture and in vivo In vivo In vivo
Immune response in vivo Low Low High Very low
Lentivirus

Lentivirus는 retrovirus의 일종이다. 세포에 감염되면 바이러스의 RNA 게놈이 역전사된 후 호스트 게놈에 영구적으로 통합되어 바이러스 벡터에 있는 유전자의 장기간 안정적인 발현이 가능하다. Lentivirus는 유전자를 포유류 세포에 영구적으로 도입하는데 매우 효율적인 수단으로, gene delivery에 가장 많이 사용되는 바이러스 시스템이다. 이 시스템은 dividing cells 및 non-dividing cells 모두에 대해 폭넓은 tropism을 가지며 (즉, 다양한 종류의 세포들을 감염 가능), 상대적으로 세포 독성이나 면역반응이 낮다. 살아있는 lentivirus는 높은 titer (>108 TU/ml)로 생성되고, 배양된 세포의 transduction efficiency는 최적 조건에서 100%에 이른다. Lentivirus는 배양 세포의 in vitro transduction에 주로 사용되지만, 살아있는 동물의 세포에 transduction에도 사용될 수 있다.

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MMLV retrovirus

MMLV는 lentivirus와 같이 retrovirus의 일종이다. 또한 폭넓은 tropism을 가지고 있으며 호스트 게놈에 안정적으로 통합되어 안정적인 유전자 발현이 가능하다. 그러나 MMLV는 non-dividing cells을 효율적으로 감염시키지 못하며, lentivirus보다 더 세포 면역반응을 일으킬 수 있다. 또한 MMLV나 유사한 retrovirus의 titer는 보통 lentivirus의 약 10분의 1에 불과하다. MMLV 벡터의 또 다른 중요한 단점은 목적 유전자(GOI)를 구동하는데 사용되는 promoter의 customization을 허용하지 않는다는 점이다. GOI의 발현은 viral 5' LTR에 의해 가동된다. 그에 반해서 lentivirus, adenovirus 및 AAV는 모두 맞춤형 promoter를 사용하여 GOI 발현을 가동시킬 수 있다. 이러한 이유로, MMLV의 사용은 감소하였고 일반적으로 lentivirus로 대체되었다. 그러나 과거 전례와 특정한 기술적 이유로 인해 MMLV는 iPS 세포의 유도와 같은 일부 응용에서 여전히 사용되고 있다.

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Adenovirus

Adenovirus가 세포를 감염시키면 그 게놈은 호스트 게놈에 통합되지 않고 감염된 세포에 episome 상태로 남게 된다. Adenovirus 벡터에 의해 운반되는 유전자의 발현은 보통 일시적이며, 빠르게 분열하는 세포에서는 시간이 지남에 따라 viral episome이 상실된다. 많은 종류의 세포(dividing cells 및 non-dividing cells)는 아데노바이러스로 transduction될 수 있지만, 특정 세포 타입은 적절한 세포 표면 수용체가 부족하여 효율적으로 transduction될 수 없다. Adenovirus 감염으로 인한 세포 및 in vivo 면역반응은 유의미하며, 특정 실험을 방해할 수 있다. Adenovirus는 매우 높은 titer (>1010 TU/ml)에서 생성되며, 민감한 타겟 세포의 매우 효율적인 transduction이 가능하다. 이 시스템은 주로 유전자 치료와 백신과 같은 in vivo gene delivery에 사용된다.

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Adeno-associated virus (AAV)

AAV는 일시적인 유전자 발현을 위해 흔히 사용되는 또 다른 비통합적인 episome 바이러스이다. AAV는 adenovirus와는 달리 immunogenicity가 매우 낮고 in vivo에서 거의 완전한 비병원성이다. 실질적인 장점은 대부분의 경우 AAV는 iosafety level 1 (BSL1) 시설에서 취급될 수 있다는 것이다. AAV는 dividing cells 및 non-dividing cells 모두를 감염시킬 수 있다. VectorBuilder의 AAV 벡터가 바이러스로 패키징될 때, 패키징에 다른 capsid 단백질을 사용함으로써 다른 serotype이 바이러스에 부여될 수 있다. 다른 serotype의 바이러스는 다른 tissue tropisms을 갖고 있어서, 특정 조직에 감염시키려 할 때 적절한 serotype을 선택하도록 주의해야 한다. AAV preparations의 비교적 높은 titer는 gene delivery 시스템을 효율적이게 한다. AAV는 많은 동물 연구를 위한 이상적인 바이러스 벡터 시스템이다.

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VectorBuilder의 독점적 기술을 활용한 바이러스 패키징 서비스를 이용할 것을 권장한다. 이는 고객이 직접 실험하는 것보다 훨씬 더 저렴하고 빠르게 높은 titer로 고품질의 바이러스를 제공받을 수 있기 때문이다.

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References
References Topic
J Virol. 72:8463 (1998) The 3rd generation lentivirus vectors
Curr Gene Ther. 5:387 (2005) Tropism of lentiviral vectors
Exp Hematol. 31:1007 (2003) Review of retrovirus-mediated gene delivery
J Virol. 61:1639 (1987) Extended packaging signal increases the titer of MMLV vectors
Gene Ther. 7:1063 (2000) Tropism of MMLV vectors depends on packaging cell lines
Proc Natl Acad Sci U S A. 91:8802 (1994) The 2nd generation adenovirus vectors
Methods in Enzy. 507:229-54 (2012) Review of AAV virology and uses
Curr Opin Pharmacol. 24:59-67 (2015) AAV use in gene therapy, and serotype differences